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        不同行駛速度對校車學(xué)生乘員損傷影響

        2016-06-14 07:31:45方真群
        汽車零部件 2016年1期
        關(guān)鍵詞:損傷

        方真群

        (廈門金龍汽車座椅有限公司,福建廈門 361024)

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        不同行駛速度對校車學(xué)生乘員損傷影響

        方真群

        (廈門金龍汽車座椅有限公司,福建廈門 361024)

        摘要:采用有限元分析軟件LS-DYNA3D建立某款校車座椅乘員約束系統(tǒng)仿真模型,根據(jù)國標(biāo)GB24406-2012,對該模型分別加載4種減速度波形,對比分析不同行駛速度下乘員頭部HIC值、胸部3 ms加速度值和腿部軸向壓力值。結(jié)果表明:學(xué)生乘員頭部損傷隨校車行駛速度的增大而明顯增大;當(dāng)行駛速度小于48 km/h時(shí),學(xué)生乘員胸部損傷隨行駛速度的增大而緩慢增大,當(dāng)行駛速度大于48 km/h時(shí),行駛速度對學(xué)生乘員胸部損傷影響較為顯著。

        關(guān)鍵詞:校車座椅;行駛速度;約束系統(tǒng);學(xué)生乘員;損傷

        0引言

        近年來,校車安全事故在全國各地頻有發(fā)生,交通事故已經(jīng)成為學(xué)生傷亡的主要原因之一。為提高校車安全性能,保證學(xué)生的乘車安全,國務(wù)院于2012年4月首次頒布并實(shí)行《校車安全管理?xiàng)l例》,并于同年5月份發(fā)布了《專用校車安全國家標(biāo)準(zhǔn)》,對我國校車的設(shè)計(jì)制造、使用管理和安全性進(jìn)行了規(guī)范[1]。2015年7月,東莞發(fā)布了校車管理新規(guī)《東莞市校車安全管理辦法(送審稿)》,該辦法規(guī)定:載有學(xué)生的校車在高速公路上行駛的最高時(shí)速不得超過80 km/h,在其他道路上行駛的最高時(shí)速不得超過60 km/h[2]。根據(jù)GB24406-2012[3]中的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方法,應(yīng)對校車座椅進(jìn)行行駛速度為30~32 km/h的模擬臺車試驗(yàn),從而確保乘員在校車行駛速度小于30 km/h時(shí)可以受到充分的保護(hù)。但當(dāng)校車在30~50 km/h的車速下發(fā)生碰撞時(shí),校車的約束系統(tǒng)對乘員的保護(hù)是未知的,因此文中建立現(xiàn)有某款校車座椅的有限元仿真模型,研究該校車在不同行駛速度下的乘員損傷情況。

        1乘員約束系統(tǒng)模型的建立

        將座椅三維模型導(dǎo)入HyperWorks軟件中進(jìn)行幾何清理、劃分網(wǎng)格等前處理[4],對座椅骨架部分多采用shell單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分,對靠背、座墊等泡沫件采用實(shí)體單元,為節(jié)省計(jì)算時(shí)間,刪去了影響較小的后排靠背和前排坐墊組件。

        此校車模型是針對中學(xué)生的,依據(jù)國標(biāo)GB24406-2012,選用HybirdIII 第5百分位的女性假人模型來模擬中學(xué)生,主要部件有頭部、頸部、胸部、腹部、臀部和四肢等,假人各部分質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都符合試驗(yàn)用假人,人體各部分的關(guān)節(jié)用球形鉸鏈和旋轉(zhuǎn)鉸鏈單元定義,并用非線性的扭矩彈簧和阻尼單元連接,來模擬人體各部分之間的彈性變化,胸部和頸部這些關(guān)鍵部位都設(shè)置成柔性,能模擬碰撞過程中人體關(guān)鍵部位的損傷情況[5]。

        安全帶在乘員碰撞過程中起著非常重要的作用。在此模型中,將安全帶分為兩部分建模,與人體接觸部分用2D薄殼單元,模擬安全帶在人體身上的滑動(dòng);未與人體接觸部分采用1Dseatbelt單元,模擬安全帶在碰撞過程中的松弛度。建立好的乘員約束系統(tǒng)模型如圖1所示[6]。然后對該模型施加不同行駛速度的波形,分析乘員在不同行駛速度下的損傷情況。

        圖1 校車乘員約束系統(tǒng)模型

        2仿真結(jié)果分析

        通過仿真計(jì)算,得出假人各部位損傷的一系列曲線,參考國標(biāo)GB24406-2012,對假人的頭部合成加速度、胸部合成加速度和腿部軸向壓力曲線分別進(jìn)行不同頻率的濾波,曲線對比結(jié)果如圖2所示。

        圖2 乘員損傷曲線

        根據(jù)碰撞結(jié)果,當(dāng)假人的腳部與擋板開始接觸時(shí),擋板對人的作用力從腳部傳遞到腿部,此時(shí)大腿的軸向壓力產(chǎn)生了一個(gè)峰值;然后由于假人腳部受到擋板的限制,假人臀部逐漸不再向前移動(dòng),而假人的上半身繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng),在行駛速度為32 km/h時(shí),假人胸部加速度在頭部碰撞到座椅之前達(dá)到峰值,然后頭部在撞擊座椅時(shí)產(chǎn)生最大加速度[1];在行駛速度為40~55 km/h時(shí),假人頭部和胸部的加速度最大值均在頭部撞擊靠背的過程中產(chǎn)生,且頭部加速度先于胸部加速度達(dá)到峰值。

        將仿真所得曲線根據(jù)GB24406-2012中要求進(jìn)行處理,并計(jì)算出假人在不同行駛速度下的頭部、胸部和腿部的損傷值,對比結(jié)果如表1所示。

        表1 不同速度情況下的乘員損傷指標(biāo)對比

        對比不同行駛速度下的乘員損傷情況可知:假人的頭部損傷情況會(huì)隨著行駛速度的增加而有明顯增大的趨勢;胸部3 ms加速度的最大值在行駛速度為32~48 km/h時(shí),呈平緩變化的趨勢,當(dāng)行駛速度大于48 km/h時(shí),假人的胸部3 ms加速度值會(huì)出現(xiàn)劇烈增加的現(xiàn)象;在行駛速度為32~55 km/h時(shí),碰撞過程中的能量主要發(fā)生在頭部碰撞前排座椅的階段,因此假人的腿部損傷基本保持不變。

        3結(jié)論

        通過研究某款校車座椅在不同行駛速度下的乘員損傷情況可知:

        (1)校車在低速碰撞時(shí),行駛速度對乘員的頭部損傷影響較小,而對乘員的胸部和腿部損傷影響較大;

        (2)當(dāng)校車的行駛速度大于48 km/h時(shí),對中學(xué)生乘員的頭部和胸部會(huì)造成嚴(yán)重的損傷,而乘員的腿部損傷相對較小;

        (3)在校車常用的行駛速度下,將校車的速度控制在30~50 km/h時(shí),發(fā)生交通事故對中學(xué)生乘員的損傷最小。

        參考文獻(xiàn):

        【1】呂娜,譚衛(wèi)鋒,王亭,等.校車座椅乘員約束系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].廈門理工學(xué)院學(xué)報(bào),2015(3):20-24.

        【2】東莞市教育局.東莞市校車安全管理辦法(送審稿)[M].

        【3】全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB24406-2012專用校車學(xué)生座椅系統(tǒng)及其車輛固定件的強(qiáng)度[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

        【4】胡遠(yuǎn)志,曾必強(qiáng),謝書港.基于LS-DYNA和Hyperworks的汽車安全仿真與分析[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011:18-46.

        【5】韓雙慶,王成龍.商務(wù)車正面碰撞有限元分析[J].計(jì)算機(jī)輔助工程,2006(16):144-147.

        【6】葉松奎,吳長風(fēng),黃登封.校車座椅動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)乘員損傷研究與優(yōu)化[J].客車技術(shù)與研究,2014(5):17-20.

        Effects of Different Driving Speed on Injury to Student Occupant in School Bus

        FANG Zhenqun

        (Xiamen Golden Dragon Auto Seat Co., Ltd., Xiamen Fujian 361024,China)

        Abstract:Using finite element analysis software LS-DYNA 3D, the simulation model of a school bus seat occupant restraint system was built. According to the regulation of GB24406-2012, the model was loaded with four acceleration pluses respectively, so as to compare the head injury criterion (HIC), thorax 3 ms acceleration and femur force under different driving speeds. The results show that: the student occupant’s HIC raises seriously along with the increase of driving speed; when driving speed is less than 48 km/h, the student occupant’s chest injury grows lightly with it; while when it is more than 48 km/h, the driving speed has a severely impact on the chest injury of student occupant.

        Keywords:School bus seat; Driving speed; Restraint system; Student occupant; Injury

        收稿日期:2015-07-30

        作者簡介:方真群(1966—),男,工程師,主要從事汽車座椅設(shè)計(jì)制造。E-mail:richardfang@autoseat.com.cn。

        中圖分類號:U270.38

        文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號:1674-1986(2016)01-026-02

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